摘要針對(duì)單微處理器的經(jīng)濟(jì)型沖床數(shù)控系統(tǒng)存在控制性能單一,、控制算法不科學(xué)、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,、運(yùn)行速度幔,、可靠性差等問題，在單徽處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，設(shè)計(jì)了基于雙單片機(jī)的沖床數(shù)控系統(tǒng),。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成主從武分布結(jié)構(gòu),，二者之問通過RS485串口通信,，協(xié)調(diào)工作。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),，各模塊的功能利用AT89C52單片機(jī)的中斷性能得以實(shí)現(xiàn),，滿足了實(shí)時(shí)多任務(wù)的要求。經(jīng)卓東機(jī)械公司應(yīng)用試驗(yàn),，系統(tǒng)運(yùn)行可靠,，性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞雙單片機(jī)雙徽處理器沖床數(shù)控系統(tǒng)
0 引 言
隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展,，沖床數(shù)控系統(tǒng)憑借其操作簡便,、加工精度及效率高、能加工復(fù)雜圖案等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)沖壓行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛,。由于標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴,，國內(nèi)從事沖壓生產(chǎn)的中小型企業(yè)大多數(shù)采用的是單微處理器的經(jīng)濟(jì)型沖床數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在控制性能單一,、控制算法不科學(xué),、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、運(yùn)行速度慢,、可靠性差等問題,。
為此，筆者在單微處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，設(shè)計(jì)了基于雙MCU（單片機(jī)）的沖床數(shù)控系統(tǒng),，較好地解決了單MCU系統(tǒng)存在的問題，滿足了實(shí)時(shí)多任務(wù)的加工要求,。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控沖床的核心部件,，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),，可使機(jī)床執(zhí)行部件按照用戶的要求進(jìn)行加工作業(yè),。無論是何種用途的機(jī)床,，它的數(shù)控系統(tǒng)功能框圖都可以用圖1表示。
筆者研究的沖床系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),，利用滾珠絲杠和精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)X,、y向進(jìn)給，從而完成工件直線或圓弧插補(bǔ)作業(yè),。
沖床作業(yè)件是沖頭．x,、Y向送料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用2臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制器是單片機(jī),。由高性能的單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置和速度進(jìn)行控制,，以滿足加工精度要求�,？刂圃砣缦拢簭膯纹瑱C(jī)發(fā)出的高低電平通過光電隔離裝置控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn),，輸出的控制脈沖個(gè)數(shù)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角，輸出脈沖頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,。系統(tǒng)功能框圖如圖2所示,，結(jié)構(gòu)原理框圖如圖3所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)沖床數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能,，完成數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),。硬件設(shè)計(jì)主要包括微處理器( CPU)以及外圍擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu),，設(shè)計(jì)成主從式分布結(jié)構(gòu),，即分為主CPU和從CPUtI，二者之間通過RS485串口通訊,。主CPU系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成用戶加工程序的輸入處理,、文字圖形顯示、自診斷,、系統(tǒng)監(jiān)控等管理工作,。從CPU系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、插補(bǔ)計(jì)算以及位置控制,、速度控制等實(shí)時(shí)作業(yè),。
外圍擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)包括鍵盤接口、顯示器接口,、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口,、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等,。
由于ATMEL公司的AT89C系列單片機(jī)具有高的性價(jià)比,，筆者的數(shù)控系統(tǒng)主從CPU都選擇了8位AT89C52單片機(jī),，I/O口的分配和擴(kuò)展如下：
(1)鍵盤接口采用4x4矩陣鍵盤，采用拉高電路,，占用C52的P1口,。
(2)顯示接口采用液晶(LCD)顯示．I/O口采用C52的PO口為數(shù)據(jù)傳輸連接，C52的P2口的P2.0 - RS,、P2.1=RST,、P2.2=RW、P2.3=E,、共12個(gè)I/O口,。
(3)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口采用8個(gè)I/O口，分別通過光電隔離控制2個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度,，接口為P2.4,、P2.5、P2.6,、P2.7,、P3.0、P3.1,、P3.2,、P3,3。
(4)擴(kuò)展EPROM (93C46)程序存儲(chǔ)器便于用戶修改程序,，記錄輸入相關(guān)生產(chǎn)信息,，EPROM接口采用4線連接形式，使用4個(gè)I/O口,，采用P3.4,、P3.5、P3.6,、P3.7,。
(5)選用3片RAM6264作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，滿足實(shí)際加工需要,。
(6)選用1片245芯片,、2片373芯片作為系統(tǒng)外擴(kuò)的I/O口。對(duì)一些現(xiàn)場的信號(hào),，如限位開關(guān),、復(fù)位開關(guān)、報(bào)警等輸入／輸出信號(hào),，通過光電隔離器件經(jīng)鎖存器74HC373送到數(shù)據(jù)總線上從CPU系統(tǒng)可直接,、快速地進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,。數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)必須以硬件為載體,，根據(jù)硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能編寫相應(yīng)的程序集。根據(jù)硬件電路的主從式CPU結(jié)構(gòu),，數(shù)控系統(tǒng)的軟件也包括主CPU軟件和從CPU軟件,，各包括多個(gè)功能模塊。主從CPU系統(tǒng)的主程序流程網(wǎng)如圖5所示,。
主CPU軟件用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,、系統(tǒng)監(jiān)控,、指揮整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作等,，包括主CPU系統(tǒng)的初始化、沖床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)控,、用戶加工程序的編輯修改等功能模塊,。從CPU軟件包括從CPU系統(tǒng)的初始化、鍵盤輸入輸出口狀態(tài)的定時(shí)掃描,、插補(bǔ)計(jì)算,、工作臺(tái)X向和y向的位控輸出、電動(dòng)機(jī)速度控制,、數(shù)據(jù)處理等功能模塊,。
各功能模塊的設(shè)計(jì)采用匯編語言，充分利用AT89C52單片機(jī)優(yōu)良的中斷性能,，按嵌入式編程方式實(shí)現(xiàn)中斷的嵌套,，易于不同優(yōu)先級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)；編程能充分合理地利用片內(nèi)的內(nèi)存空間,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳送,。
4 結(jié)束語
筆者設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)采用2個(gè)AT89C52單片機(jī)構(gòu)成主從CPU系統(tǒng)，使功能分布更合理,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效,、高精度，通用性強(qiáng),，可根據(jù)不同數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的數(shù)控功能需要,，選擇不同功能的模塊進(jìn)行組合；采用了光電隔離電路,，抗干擾性能好,；匯編語言編程、嵌入式系統(tǒng)的搶先軟件設(shè)計(jì),，使系統(tǒng)的魯棒性更好,；采用LCD可視化多級(jí)菜單設(shè)計(jì)，人機(jī)界面更友好,，實(shí)現(xiàn)了所見即所得,；485通訊實(shí)現(xiàn)上,、下位機(jī)的通訊，可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充的自動(dòng)化加工群,；以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,，控制簡單，價(jià)格低廉,；采用基于行列掃描法的點(diǎn)位控制數(shù)控語言,，操作簡單，易于掌握,。
該系統(tǒng)的開發(fā)成功,，適應(yīng)了我同生產(chǎn)發(fā)展的要求，克服了人工進(jìn)料的缺點(diǎn),，較低的價(jià)格滿足了一般企業(yè)的自動(dòng)化改造要求,。經(jīng)卓東機(jī)械公司應(yīng)用試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠,，性能穩(wěn)定,。目前,，產(chǎn)品已在全國開始推廣,，年銷售260余臺(tái),，為企業(yè)創(chuàng)造利潤近150萬元。
